[发明专利]在渗透率测量系统中检测泄漏的方法

说明书

用于在渗透率测量系统中检测泄漏的方法和系统。该方法包括将多条流线连接到岩心样品的第一维度，将一条或多条流线连接到页岩样品的第二维度，将带有连接的岩心样品放置在测量单元中，使得流线可从测量单元外部进入，将一个或多个气体传感器连接到每条流线的一个端部，将测量单元的出口连接到气罐，将测量单元内的流体压力设置为预定值，并通过耦接到流线的一个或多个气体传感器检测岩心样品中的泄漏。

技术领域

本公开大体上涉及用于确定地下岩石地层的渗透率和孔隙率的方法和系统。更具体地，涉及在确定地下岩石地层的渗透率和孔隙率的系统中检测泄漏的方法。

背景技术

与常规储层不同，页岩地层中的孔隙通常为纳米级。在这些纳米孔隙中，一部分不可忽视的气体分子比起其它分子更频繁地碰撞孔隙壁，因此发生所谓的“滑流(slipflow)”和克努森扩散(Kunudsen diffusion)。对页岩基质中气体流动的先前研究发现，页岩中的气体渗透率是孔隙气体压力的函数，因为当孔隙气体压力是每平方英寸几百磅(psi)或更小时，滑流和克努森扩散效应变得显著。

作为孔隙气体压力的函数的页岩气体渗透率(由“滑流”和扩散过程导致的)对于表征和模拟页岩气体储层中的气体流动至关重要。然而由于缺乏可以用来常规地确定与压力有关的页岩气渗透率的实用且有效的技术，这种重要的孔隙气体压力关联性通常被忽略。

压力关联性对预测的气体生产速率有影响。目前在实验室中测量气体渗透率的压力关联性有两种方法。第一种方法是仅仅在不同的气体压力下进行多次脉冲衰减渗透率测试。这些测试的结果提供了多种气体压力的气体渗透率值。首先系统在给定的气体压力下处于平衡状态。然后将一个较小压力脉冲(通常是孔隙压力的5％至10％)引入上游气体储层，使得该脉冲不会对该系统中的气体压力产生显著的干扰。监测两个气体储层处的压力相对于时间的函数。以渗透率为拟合参数，使用解析解来拟合压力变化结果。然而，将测试系统从一个测试压力平衡到下一个通常需要相对较长的时间。

确定压力相关性的另一种方法是：首先构建气体渗透率相对于气体压力的函数公式，然后通过对在不同气体压力条件下的相关测试结果进行数值匹配来估计公式中的参数的值。使用这种方法的测试结果通常与脉冲衰减测试不同，因为压力脉冲不限于较小值，例如孔隙压力的5％至10％。数值模型足够灵活，可以将脉冲扰动纳入该系统。然而，参数估计的非唯一性可能是逆向建模的一个问题。此外，这种方法的估计结果的准确性最终取决于气体渗透率相对于气体压力的函数公式，而该公式尚未完全建立。

对于非常规页岩储层，挑战之一是确定基质渗透率，其是表征非常规储层和模拟流动过程的关键参数。出于三个原因，在实验室中测量极小量级的渗透率(例如几纳达西(nano Darcies)到几百纳达西)并不是一项微不足道的任务。首先，气体渗透率对有效应力敏感。其次，由于直径为几纳米的小孔隙中的扩散效应，对于给定的有效应力，气体渗透率也是孔隙压力的函数。第三，在实验室渗透率测量系统中使用多个压力传感器和机械泵还使实验室设备的设计和实施复杂化。目前，对非常规岩石样品测量渗透率，经常采用脉冲衰减方法。包括在第一孔隙压力和有效应力下测量第一渗透率，然后在测量第二渗透率之前，在第二孔隙压力和有效应力下平衡系统。然而，地下地层的测量到的渗透率或孔隙率对系统中的任何泄漏都极为敏感。

发明内容

因此，需要一种改进的系统来在用于确定地下岩石地层渗透率和孔隙率的系统中检测泄漏。

有许多目前正用于执行这些测量的流体/气体泄漏测试系统。例如，有的系统在测试系统外部使用氦气，并且然后从测试系统内部检测由泄漏导致的氦气。然而，这些方法在测试系统外部混合了空气和氦气，因此氦气是气体混合物的次要成分。在这样的测试中，至少在系统上部分地抽真空，这样如果有任何泄漏，当氦气泄漏到系统内部时将检测到氦气。在这样的测试中，问题在于这种检测方法仅限于确定系统是否存在泄漏，而不是准确地确定泄漏的位置。